【免费开源】STM32+ESP8266 打造低成本智能家居物联网系统（附源码与硬件设计）

💡 全文包含硬件方案、软件架构、通信协议以及源码打包下载链接。适合电子设计爱好者、物联网开发初学者以及想要 DIY 智能家居的朋友。

源码下载

完整项目已打包，开源免费：https://shangjinzhu.blog.csdn.net/article/details/150430423

1. 项目简介

如今，智能家居已经不再是科技展上的高端概念，而是逐渐走进普通家庭。传统的成品套件价格高、扩展性差，而如果我们利用常见的单片机和无线模块，就可以低成本实现一个可扩展、可远程控制的家居物联网系统。

本项目采用 STM32F103C8T6 作为核心处理器，配合 ESP8266 Wi-Fi 模块 搭建无线通信链路，实现环境数据的实时采集、云端传输和远程家电控制。用户只需一部手机，就能随时随地监控家中环境并操控设备。

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2. 系统架构设计

整个系统可以分为 数据采集层、网络通信层、应用控制层 三个部分：

  • 数据采集层 负责感知环境，例如温度、湿度、光照等，并将原始信号转换为数字数据。 本项目使用 DS18B20 数字温度传感器，数据采集周期可自由设定（默认 500ms）。

  • 网络通信层 由 ESP8266 负责，将 STM32 的串口数据打包为 MQTT 消息，通过 Wi-Fi 上传至云端服务器，同时接收来自云端的控制指令。

  • 应用控制层 手机 APP 通过 MQTT 协议与服务器交互，显示实时数据，并向硬件发送控制命令，例如开启/关闭继电器，驱动电机等。

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3. 硬件实现

3.1 核心板

  • 主控芯片：STM32F103C8T6
  • 时钟频率：72MHz
  • 存储：64KB Flash / 20KB SRAM
  • 供电：5V 输入，板载 LDO 转 3.3V

3.2 传感与显示

  • 温度传感器：DS18B20 单总线数字温度传感器
  • 显示模块：0.96 寸 OLED（SSD1306 驱动），显示当前温度及连接状态

3.3 无线模块

  • 型号：ESP-01S (ESP8266 内核)
  • 固件：Arduino IDE 编写，支持 MQTT 协议
  • 接口：UART 与 STM32 通信

3.4 控制执行

  • 继电器模块：单路 5V 光耦隔离
  • 用途：驱动灯具、风扇、加热器等

4. 软件架构

4.1 STM32 固件逻辑

  1. 初始化外设（GPIO、USART、I2C、OneWire）
  2. 定时读取温度传感器数据
  3. OLED 实时刷新显示
  4. 将温度数据通过 UART 发送给 ESP8266

4.2 ESP8266 程序逻辑

  1. 连接 Wi-Fi
  2. 连接 MQTT Broker（云端服务器）
  3. 发布温度数据至主题 home/temperature
  4. 订阅控制主题 home/control
  5. 接收到控制命令后，通过串口转发给 STM32

4.3 MQTT 云服务器

  • 使用 EMQX 搭建在阿里云轻量应用服务器
  • 配置多个 Topic，用于区分数据上传和指令下发
  • 支持 WebSocket，方便网页端调试

5. 手机 APP 设计

在本项目中，手机端应用程序采用 HBuilderX + uni-app 技术栈进行开发。 这种方案的优势是 跨平台、开发效率高、维护成本低，非常适合个人和小团队的 IoT 应用。

5.1 HBuilderX 与 uni-app 简介

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  • HBuilderX HBuilderX 是一款由 DCloud 推出的高效前端开发 IDE，专为 HTML5、JavaScript、CSS 等前端语言优化，内置了丰富的代码提示、调试、打包等功能，支持直接编译为 Android、iOS、H5、小程序等多端应用。 相比传统 Android Studio 或 Xcode，HBuilderX 更轻量、启动更快，非常适合中小型跨平台项目。

  • uni-app uni-app 是一个基于 Vue.js 的跨平台前端框架，可以让开发者 一次编写，生成多端应用（包括 Android、iOS、微信/支付宝/百度小程序、H5 网页等）。 在本项目中，我们利用 uni-app 提供的 API 与 MQTT over WebSocket 库结合，实现了与云端服务器的实时通信。

5.2 APP 与 MQTT 通信模式

本项目的手机 APP 通过 MQTT over WebSocket 与云端 EMQX 服务器交互：

  1. 连接服务器 APP 启动后首先建立 WebSocket 连接，登录 MQTT Broker，并订阅相关主题（如 home/temperature、home/control）。
  2. 接收实时数据 当 STM32 通过 ESP8266 上传温度数据到服务器时，APP 会立即收到消息并更新 UI。
  3. 发送控制指令 用户点击 APP 中的按钮，可以向 home/control 主题发送指令，控制继电器、风扇、灯具等设备。
  4. 历史数据查询 APP 可以从云端数据库（可选 MongoDB/MySQL）拉取历史记录，用于趋势分析。

5.3 APP 功能亮点

  • 实时温度曲线 利用 uni-app 的 Canvas 绘图能力，将接收到的温度数据绘制成折线图，实时刷新。
  • 设备在线状态检测 通过心跳包或 MQTT Last Will 消息判断设备在线/离线，并在 UI 上显示不同颜色的状态标识。
  • 一键控制 提供简单直观的按钮界面，用户只需一次点击即可下发控制命令。
  • 历史数据浏览 支持选择时间范围查看历史温度变化，为能耗分析或环境监控提供参考。

6. 性能与测试结果

  • 数据更新频率：1 秒刷新一次
  • 温度精度：±0.5℃（DS18B20 典型值）
  • 响应延迟：本地控制 < 50ms，远程控制 < 200ms
  • 稳定性：连续运行 72 小时无掉线

7. 项目亮点

  • 开源共享：所有源码与原理图均已公开
  • 低成本：硬件总成本不足 50 元
  • 可扩展性：支持扩展湿度、光照、烟雾等传感器
  • 跨平台：支持安卓、iOS、网页端访问

结语

这个项目不仅是一次物联网开发的实践，还涵盖了嵌入式、网络通信、云端架构、前端 APP 等多个领域的知识。如果你也想从 0 到 1 搭建属于自己的智能家居系统，这份开源工程会是一个很好的起点。 本项目通过 STM32 与 ESP8266 的高效协作，实现了低成本、可扩展的智能家居物联网方案。系统具备温度实时监测、云端数据传输、远程设备控制等功能，整体架构简洁、稳定性高，并且全部源码与硬件设计已开源，便于学习与二次开发。无论是物联网初学者还是嵌入式开发爱好者，都可以借助该项目快速搭建属于自己的智能家居系统。